Диссертация (Разработка и исследование способа деформационного упрочнения поверхностей деталей методом деформирующего резания), страница 17

Исходнаямикротвердость в среднем равна 207…247 HV 0,1. В целом степеньупрочнения материал составляла 54 %.136Названия характерных точек1. Основание, прирезцовая2. Основание, центральная3. Основание, тыльная4. Середина, прирезцовая5.

Середина, центральная6. Середина, тыльнаяРис. 4.18. Схема расположения отпечатков 7.на Вершина,ребре при прирезцоваяизмерениимикротвердости 8. Вершина, центральная9. Вершина, тыльная450HV 0,1φ = 68°, φ1 = 60°, γ = 47°, λ = 54°, α = 3°, α1 =3°t = 1,5 мм, υ0 = 0,84 м/сСталь 30ХГСА4003503002502001501005000,15Точка 1.(Основание, прирезцовая)Точка 2.(Основание, средняя)Точка 3.(Основание, тыльная)0,20,25So, мм/об0,30,350,40,45Рис. 4.19. Изменение микротвердости в основании ребра при варьированииподачи137φ = 68°, φ1 = 60°, γ = 47°, λ = 54°, α = 3°, α1 =3°t = 1,5 мм, υ0 = 0,84 м/сHV 4500,1Сталь 30ХГСА400350300250200150Точка 4.(Середина, прирезцова)100Точка 5.(Середина, средняя)50Точка 6.(Середина, тыльная)00,150,2So, мм/об0,250,30,350,40,45Рис.

4.20. Изменение микротвердости в средней части ребра приварьировании подачиφ = 68°, φ1 = 60°, γ = 47°, λ = 54°, α = 3°, α1 =3°t = 1,5 мм, υ0 = 0,84 м/сHV 4500,1Сталь 30ХГСА4003503002502001501005000,15Точка 7.(Вершина, прирезцовая)Точка 8.(Вершина, средняя)Точка 9.(Вершина, тыльная)0,20,25So, мм/об0,30,350,40,45Рис. 4.21. Изменение микротвердости вершины ребра при варьированииподачи138Анализ экспериментальных данных показывает, что распределениемикротвердости в материале на стали марки 12Х18Н10Т, отличается отраспределения твердости на сталях 30ХГСА и 38Х2МЮА. Распределениемикротвердости по сечению формируемого ребра на стали 12Х18Н10Т носитболее равномерный характер. Отсутствует четкая тенденция к повышениюмикротвердости в прирезцовой зоне ребра и в основании ребра в отличие отстали 30ХГСА.

Зависимость микротвердости упрочненного макрорельефа отподачи для стали марки 12Х18Н10Т не выявлена.139ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИПОВЕРХНОСТЕЙ ТРЕНИЯ С УПРОЧНЕННЫМ МАКРОРЕЛЬЕФОМПоверхностисдеформационноупрочненныммакрорельефомиспытывались на трение и износ для оценки влияние параметров упрочненияна эксплуатационные характеристики пар трения.

Процесс изнашивания впарах трения является сложным физическим процессом, зависящим отсвойств используемых материалов, условия смазывания, вида контактноговзаимодействия и других факторов [93] При испытаниях назначалисьпараметрыконтактноговзаимодействия,соответствующиереальнымусловиям эксплуатации или условиям, которые наиболее часто встречаютсяна практике в подшипниках скольжения и подвижных уплотнениях.Основным видом изнашивания в этих парах трения являетсямеханическое изнашивание. Механическое изнашивание присутствует вшироком классе узлов трения при сухом, граничном и жидкостном трении.Этот вид изнашивания обусловлен двумя основными видами взаимодействиямеждуповерхностямитрения:механическимвзаимодействиеммикронеровностей и адгезионным взаимодействием.5.1.

Оценочные испытания на трение и износдеформационноупрочненных поверхностей трения на сталях 30ХГСА и38Х2МЮАДляопределениявлияниястепениупрочненияматериаламакрорельефа, полученного на сталях марок 30ХГСА и 38Х2МЮА, наизносостойкость поверхностей трения проводилась серия испытаний намашине трения Amslеr А135. Испытания на износ осуществлялись по схеметрения «кольцо-кольцо» (Рис. 5.1).

Размеры стальных образцов и контртеладля испытаний на трение и износ указаны на Рис. 5.2 и Рис. 5.3соответственно. При испытаниях по данной схеме трения имитируетсятрение качения деталей типа вал при их разнонаправленном вращении.1402211Рис. 5.1. Испытание на износ по схеме «кольцо-кольцо»: 1 – испытуемыйупрочненный образец; 2 – контртелоРис. 5.2. Размеры образцов для испытаний на трение и износ из сталей марок30ХГСА и 38Х2МЮА141Рис. 5.3. Контртело из твердого сплава марки ВК8Образец и контртело выполнены в форме колец с базовыми отверстиями дляустановки на соответствующих валах машины трения. Контакт испытуемогообразца и контртела осуществляется по образующей линии цилиндров.Для сравнительных испытаний поверхностей трения, упрочненных сиспользованием метода ДР, в качестве материала контртела использовалсятвердый сплав марки ВК8.

Контртело из твердого сплава имеет болеевысокую износостойкость, чем испытуемые образцы, что позволяетпренебречь износом контртела в процессе испытаний.Поверхность трения на испытуемых образцах формировалась впоследовательности, включающей предварительную обработку чистовымточением, непосредственную обработку методом ДР и удаление вершинформируемых ребер с использованием круглого шлифования. Номинальныйдиаметр образцов составлял 37 мм.Для каждой испытуемой марки стали был изготовлен комплект изтрех образцов с упрочненным макрорельефом, полученным режущиминструментом с разными геометрическими параметрами (Таблица 22).142Таблица 22.Геометрические параметры инструмента для ДР и режимы резания,используемые для создания упрочненных поверхностей для испытаний наизносОбразец № Марка стали α α1λγ1φφ162° 66°30ХГСА23° 3° 54° 47° 65° 63°РежимырезанияD1исх, ммt = 0,75 мм36,78So = 0,4 мм/об36,74368° 60°υ0 = 0,78 м/с36,78462° 66°t = 0,75 мм36,69538Х2МЮА 3° 3° 54° 47° 65° 63°So = 0,4 мм/об36,76668° 60°υ0 = 0,78 м/с36,27Поверхности с упрочненным макрорельефом проходили шесть цикловиспытаний.

Время трения ti на одном цикле испытания составляло 5 минут, асуммарноевремятрениясоставляло30 миндлякаждогообразца.Смазывание пары трения осуществлялось однократно перед каждымпятиминутным циклом испытаний путем нанесения на изнашиваемуюповерхность одной капли масла марки И30А массой от 8 до 10 мг.Испытуемый образец устанавливался на ведущий вал машины трения,вращающийся с частотой n1 = 200 об/мин, а контртело – на ведомый вал.Ведущий вал образца и ведомый вал контртела связаны жесткойкинематической связью, таким образом, что частота вращения ведомого валаn2 составляет 178 об/мин.

В результате образец и контртело вращаютсяразнонаправлено с проскальзыванием друг относительно друга. В процессетрения контртело прижималось к испытуемому образцу с постояннойнагрузкой Q равной 185 Н.143Скорость скольжения в паре трения определяется по формуле:  D1n1  D2 n2 60000 (5.1)где D1 – диаметров образца, мм; D2 – диаметр контртела, мм; n1 – частотавращения образца, об/мин; n2 – частота вращения контртела, об/мин.

ПриD1 = 37 мм и D2 = 36,12 мм и указанных значениях n1 и n2 скоростьскольжения Δυ составляет 0,050 м/с.К основным триботехническим характеристикам пар трения относятсяинтенсивность изнашивания и коэффициент трения [94]. Интенсивностьизнашивания принято выражать безразмерной величиной, показывающейотношение линейного износа к пройденному пути трения [24, 95]. Дляопределенияинтенсивностиизнашиванияиспользоваласьследующаяформула [96]:Il hli,Li(5.2)где hli – линейный износ образца за i-й период испытаний; Li – путь тренияобразца за этот же период испытаний.Износ может быть выражен в единицах длины, объема, массы идругих величинах [96]. Одним из часто используемых методов измеренияизноса является измерение массового износа [94].

В работе массовый износΔmi определялся как разность массы образца mi, измеренной передиспытанием, и массы образца mi+1, измеренной после испытания:mi  mi  mi1 ,(5.3)где mi – масса образца перед испытанием, мг, mi+1 – масса образца послеиспытания, мг.Массовый износ Δmi образца связан с линейным износом Δhliследующей формулой [94]:hli mi,  S тргде ρ – плотность материала; Sтр – площадь поверхности трения.(5.4)144Для цилиндрических образцов формула (5.4) преобразована кследующему виду:hli mi,  b  D1i  1(5.5)где Δmi – масса образца перед испытанием; b – ширина канавки износа; D1i –диаметр поверхности трения образца; ρ1 – плотность стали испытуемогообразца.Взвешиваниеиспытуемыхобразцовосуществлялосьсиспользованием аналитических весов модели АДВ-200М до и после каждогопятиминутногоциклатрения.Передкаждымвзвешиваниемнааналитических весах образец тщательно очищался от продуктов износаизопропиловым спиртом.Для схемы испытаний «кольцо-кольцо» (Рис.

5.4) с проскальзываниемпри соотношении1 R1 1 путь трения за один оборот образца определяется 2 R2по формуле [97]: R L1  2b1  2 2  1R1 (5.6)где 2b – ширина площадки контакта между образцом и контртелом; ω1 и ω2 –угловые скорости образца и контртела соответственно; R1 и R2 – радиусыобразца и контртела соответсвенно.Для расчета пути трения образца за период испытания ti выражение(5.6) имеет следующий вид: nR Lтр  2b1  2 2 n1ti n1R1 (5.7)Ширина площадки контакта 2b определяется по следующей формуле[98]:2b  24 PR1R2  1  12 1   22 ,R1  R2   E1E 2 (5.8)145где P – удельная сила на единицу длины линии контакта в паре трения Н/мм;ν1 и ν2 – коэффициенты Пуассона материалов образца и контртеласоответственно; E1 и E2 – модули упругости Юнга материалов образа иконтрела, МПа. Удельная сила P определяется по следующей формуле:PQl(5.9)где Q – сила прижатия контртела, Н; l – длина линии контакта, мм.

Длиналиния контакта равна ширине кольца контртела и составляет 5,8 мм.Рис. 5.4. Схема контакта образца (1) и контртела (2)Упругие свойства материалов образцов и контртела приведены вТаблице 23. Модули Юнга сталей 30ХГСА и 38Х2МЮА приведен длятемпературы 20°С [99]. Коэффициенты Пуассона ν для стали, твердогосплава и модуль Юнга твердого сплава приведены в работе [100].Значение величины b рассчитано для номинальных значенийдиаметров образца и контртела D1 = 37 мм и R2 = 36,18 мм и составляет0,047 мм для стали 30ХГСА, и 0,048 мм для стали 38Х2МЮА. Отсюдазначение пути трения, рассчитанное по формуле (5.7) для образца из стали14630ХГСА составляет 12,2 мм за 5 минут испытаний, для образца из стали38Х2МЮА составляет 12,5 мм.Таблица 23.Модули Юнга и коэффициенты Пуассона для используемых материаловМатериалE, МПаνСталь 30ХГСА2150000,3Сталь 38Х2МЮА2090000,3Твердый сплав ВК85320000,26Максимальноеконтактноедавлениеpmaxмеждуобразцомиконтртелом определялось по формуле [98]:pmax PR1  R2 . 1  12 1   22 R1R2 E 2  E1(5.10)Значение pmax для стали 30ХГСА составляло 431 МПа и 426 МПа длястали 38Х2МЮА.

Выбранные контактные нагрузки характерны дляэкспресс-испытаний.Апробация данной методики испытаний на трение и износ былаосуществлена в работе [101].Результаты изменения величины интенсивности изнашивания Il втечение испытаний приведены на Рис. 5.5 и Рис. 5.6. Время приработки партрения составляло 5 минут. Величины интенсивности изнашивания образцовиз стали 30ХГСА и 38Х2МЮА находятся в одном диапазоне.Линейная интенсивность изнашивания Il поверхностей трения супрочненным макрорельефом на стали 30ХГСА (образцы 1, 2, 3) колебаласьв пределах от 6,49×10 –5 до 11,85×10 –5. Интенсивность изнашиванияповерхностей трения на стали 38Х2МЮА (образцы 4, 5, 6) находилась вдиапазонеот4,27×10 –5до11,63×10 –5.Результирующиеинтенсивности изнашивания образцов представлены в Таблице 24.значения147Для сравнения результатов испытаний была рассчитана средняяинтенсивность изнашивания Ilср.

Расчет величины Ilср осуществлялся безучета значений интенсивности изнашивания при приработке. Результатырасчета средних значений интенсивности изнашивания Ilср приведены вТаблице 24 и на диаграмме (Рис. 5.7). Из анализа полученных данныхследует, что интенсивность изнашивания упрочненного макрорельефа независит от углов в плане φ и φ1 инструмента для ДР в рассматриваемомдиапазоне. Средняя интенсивность изнашивания упрочненной поверхностина стали 30ХГСА составляет 9×10 –5, а на стали 38Х2МЮА около 8×10 –5.IL×105201918171615141312111098765432100Пара трения: сталь 30ХГСА − твердый сплав ВК8Образец 1 (ДР φ = 62° φ1 = 66°)Образец 2 (ДР φ = 65° φ1 = 63°)Образец 3 (ДР φ = 68° φ1 = 60°)ПриработкаСхема трения: качение с проскальзыванием;Тип контакта: цилиндр-цилиндр по линии;Режим трения: Δυ = 0,05 м/с; pm = 431 МПа;Режим смазывания: однократное капельное 8..10 мг;Марка смазки: И-30А5101520Время испытания, мин2530Рис.